王華強　滕勇

830000　烏魯木齊，　　新疆醫(yī)科大學研究生學院(王華強)； 830000， 　　蘭州軍區(qū)烏魯木齊總醫(yī)院骨科中心(滕勇)

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腰椎椎間融合材料研究進展

王華強滕勇

830000烏魯木齊，新疆醫(yī)科大學研究生學院(王華強)； 830000， 蘭州軍區(qū)烏魯木齊總醫(yī)院骨科中心(滕勇)

摘要目前臨床上應用較多的椎間融合器為鈦網融合器(TMC)、聚醚醚酮(PEEK)融合器等，融合器中可采用的移植物有自體骨、異體骨、合成骨、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)等，各有優(yōu)缺點，各種新型高分子材料及復合材料也不斷應用于臨床。該文就腰椎椎間融合材料的臨床研究及應用進展作一綜述。

關鍵詞腰椎；椎間融合；腰椎退行性變；材料

我國已逐步進入老齡化社會，脊柱退變性疾病的發(fā)病率日益增高，椎體融合術是目前治療脊柱退變性疾病的主要方法之一[1]。椎間融合器聯合椎弓根螺釘系統(tǒng)可穩(wěn)定上下椎體、撐開椎間隙及椎間孔，上下椎體對融合器加壓可誘導骨細胞增殖，加速融合，明顯提高融合率。腰椎椎間融合材料按成分可分為鈦網融合器(TMC)、聚醚醚酮(PEEK)融合器等，融合器中可采用的移植物有自體骨、異體骨、合成骨、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)等，按外形功能其主要分為圓柱螺紋融合器、箱形融合器、垂直網環(huán)狀融合器和解剖型融合器等。

1椎間融合器

在材料方面，傳統(tǒng)材質(如鈦合金等)腰椎融合器在制作工藝及構造上不斷更新，例如研制出楔形前路融合器、具有撐開自鎖功能的融合器等，但金屬融合器彈性模量較大，植入后會造成椎間應力遮擋和鄰近節(jié)段退變[2]。在設計方面，傳統(tǒng)圓柱狀融合器由于與上下椎體接觸面積較小，切割、塌陷發(fā)生率較高，臨床使用率逐漸降低。在固定方式上，Sapkas等[3]研究認為，動態(tài)穩(wěn)定融合系統(tǒng)可有效分擔腰椎應力，但其并發(fā)癥如螺釘松動、感染、長期腰背痛和終板骨折等發(fā)生率高達25%。目前臨床應用較多的腰椎融合器有TMC和PEEK融合器等[4]。

1.1TMC

TMC是一種垂直放置的鈦制網狀融合器(又稱鈦籠)，可根據需要裁剪，中間可填入自體骨促進融合，常用于因椎體結核、腫瘤、畸形等需行椎體次全切除術的患者,聯合釘-棒系統(tǒng)可重建脊柱穩(wěn)定性,但其邊緣較銳利，植入后存在下沉、傾斜的可能[5]。Suzuki等[6]研究認為，對于不穩(wěn)定性腰椎爆裂骨折，行后路減壓、TMC椎間融合聯合經椎弓根內固定為一種可行的手術方法。

1.2PEEK融合器

PEEK是一種無毒半結晶質熱塑聚合物，具有組織相容性，可透過X線，其彈性模量介于皮質骨與松質骨之間(3.2 GPA)，但遠低于鈦合金(114 GPA)，更易促使椎間融合[7-8]。Setzer等[9]研究認為，PEEK融合器為目前椎間融合中使用最普遍的融合器，其聯合椎弓根螺釘及鈦鏈接棒可達到既具有彈性模量又有效固定的效果。Boissiere等[10]研究認為，經前路植入PEEK融合器聯合后路椎弓根內固定術在術后功能恢復、融合率、節(jié)段前凸角等方面均可取得滿意結果。但Nemoto等[11]研究認為，經單側椎間孔入路摘除髓核聯合雙側椎弓根釘-棒系統(tǒng)植入鈦合金融合器組的融合率比植入PEEK融合器組高。Rao等[12]研究認為， 在PEEK材料表面添加羥基磷灰石或鈦可改善其生物活性，增強融合率。PEEK融合器的并發(fā)癥主要包括椎間融合失敗、融合器松動、多方向移位、神經根損傷等[13]。此外，PEEK融合器價格相對較高，會對患者造成一定的經濟負擔[14]。PEEK及鈦合金材料一般為中空設計，中間可添加自體骨、異體骨、可吸收化合物等促進椎間融合。

2融合器中可采用的移植物

2.1自體骨

自體髂骨可作為理想的骨支架，雖存在取骨區(qū)疼痛、失血量較多、易感染、手術時間與住院天數較長等缺點，但自體髂骨融合仍為腰椎融合效果的金標準[15-17]。伴有多種并發(fā)癥的老年人一般骨質較差，不適合進行自體髂骨移植。

腰椎后路切除的棘突、椎板、關節(jié)突等具有與髂骨相似的生物特性，也可作為骨移植物，并且可避免取骨處并發(fā)癥的發(fā)生，其缺點為含有較多的皮質骨及硬化骨。局部取骨也曾作為植骨融合的金標準[18]。Ohtori等[19]進行前瞻性隨機研究，對比椎板、棘突骨與自體髂骨用于單節(jié)段后外側融合效果，結果發(fā)現局部棘突、椎板骨能達到與髂骨相同的融合效果，術后9個月就達到了90%的融合率。Hu等[20]研究認為，采用自體骨進行后路腰椎融合術是一種安全、有效且無嚴重并發(fā)癥的治療腰椎退行性疾病方法。France等[21]研究認為,棘突、椎板骨與髂骨在腰椎融合中具有相同融合率、術后并發(fā)癥(腰腿痛等)發(fā)生率和臨床效果，但髂骨移植并發(fā)癥如局部疼痛、感覺缺失等發(fā)生率更高。是否需使用融合器也存爭議。有學者[22]研究認為，單獨利用棘突、椎板骨對超過2個節(jié)段的腰椎進行融合植骨量不足，可能發(fā)生較多并發(fā)癥(如椎間隙塌陷等)。

2.2異體骨

同種異體骨主要來自于尸體組織，包括冷凍干燥骨、新鮮冷凍骨、松質骨條骨、脫鈣骨基質(DBM)等。其優(yōu)點為價格低廉且容易獲得。異體骨與自體骨彈性模量相當，形狀易控制，但骨誘導及與自體骨質相容性較差，同時還有傳播疾病及免疫排斥的風險。An等[23]在一項對比自體髂骨和凍干異體骨用于腰椎后外側融合術的前瞻性隊列研究中發(fā)現，凍干異體骨組24個月融合率為0%，自體髂骨組為80%。Goldberg等[24]研究認為，異體骨單獨使用時存在很高的假關節(jié)形成風險。

DBM是一種經化學處理的尸體骨，保留了凍干異體骨的特性，含有Ⅰ型膠原成分但無誘導合成膠原的蛋白，不含礦物質成分，因其含有少量骨生長因子而具有骨誘導性。DBM的主要缺點為骨誘導特性較差，且動物實驗顯示DBM具有腎毒性。Gammisa等[25]對120例退變性腰椎紊亂患者采用DBM替代自體髂骨實施后外側融合術，植骨方法為一側用自體髂骨、另一側采用DBM與自體髂骨混合物，結果顯示混合骨側與自體髂骨側融合率相當(52% vs 54%)。Schizas等[26]對59例將DBM與自體髂骨混合物或自體髂骨用于單或雙節(jié)段后外側融合術患者進行研究，平均隨訪12個月發(fā)現，DBM組融合率(69.7%)與自體髂骨組(76.9%)相當，臨床療效也無統(tǒng)計學差異。筆者認為，DBM行單或雙節(jié)段后外側融合術是一種安全有效的腰椎融合方法，其缺點為隨訪時間較短、樣本量小且植骨未量化。

2.3合成骨

合成骨移植物主要包含珊瑚狀羥基磷灰石、β-磷酸三鈣、硅酸鹽、硫酸鈣等。它們可以制造出不同結晶度、孔隙率、機械強度和吸收率的合成材料。這些化合物具有理想的組織相容性、原材料供應上不受限制、易消毒及儲藏等優(yōu)點。其缺點包括化合物脆性大、彈性強度差、降解或吸收所需要時間較長等[27]。大量基礎研究證實，可吸收聚合物材料椎間融合器有較好的融合效果，術后常見并發(fā)癥為無菌性炎癥。然而，可吸收聚合物在機械強度、孔隙率、促進融合速度及自身降解速度等方面仍需改進。近年來，可吸收聚合物逐漸應用于臨床，最常見的為聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)。其中PLA的最大優(yōu)勢為可根據需要靈活改變參數，支架孔隙率和其他關鍵參數均可影響融合器的機械強度，使其既能承受必要的機械壓力，又能有足夠的空間供細胞及血管生長，從而加速骨融合，目前最大的挑戰(zhàn)是找出個性化的最優(yōu)參數組合以制備出理想材料。聚合物的結晶度、相對分子質量及玻璃化轉換溫度的變化可影響其機械強度及降解速率。Ergun等[28]通過改變聚己內酯混合羥基磷灰石與磷酸三鈣的比例來改變復合物的降解率和彈性模量，牛體外生物力學實驗表明其具有良好的組織相容性及可調節(jié)性。Frost等[29]回顧性分析了9例采用聚左旋消旋乳酸融合器實施后路腰椎椎間融合術患者，結果發(fā)現4例患者出現骨質溶解，其中1例需行再次手術取出融合器。目前可吸收材料融合器的研究尚處于起步階段，未來仍需要更多的前瞻性、大樣本隨機研究。

2.4BMP

關于BMP應用于椎間融合器目前尚存爭議，臨床常用重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白(rhBMP)-2[30]。自BMP發(fā)現以來，其用于引導骨形成的研究越來越多。2002年美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)允許rhBMP-2應用于腹腔鏡錐形融合技術的前路腰椎融合術。隨后，多種BMP術式被允許使用，但一些術式又逐漸被FDA取締。學者們對BMP應用于椎體融合器的擔憂主要包括椎體炎癥、異位骨化及是否符合經濟要求[31]。Haid等[32]進行一項多中心前瞻性隨機對照試驗，將67例使用rhBMP-2/明膠海綿或自體髂骨行椎間融合術的單節(jié)段椎間盤退行性疾病患者進行分組，平均隨訪2年，隨訪率高于89.6%，結果顯示rhBMP-2/明膠海綿組2年融合率為92.3%，而自體髂骨組為77.8%，兩組術后2年均獲得良好的臨床療效，而rhBMP-2/明膠海綿組在腰背痛評分上更具優(yōu)勢，認為rhBMP-2應用于椎間融合有積極意義。Dimar等[33]報道了一項單節(jié)段腰椎后外側融合術中使用rhBMP-2混合物(含牛Ⅰ型膠原和15%羥基磷灰石、85%β-磷酸三鈣)與自體髂骨的多中心前瞻性隨機對照試驗，研究共納入463例患者，融合評估采用CT及盲法，臨床療效采用Oswestry功能障礙指數(ODI)及生活質量調查問卷(SF-36)，2年隨訪率為89%，結果顯示兩組臨床療效無差異，術后6個月及2年融合率rhBMP-2混合物組均高于自體髂骨組(分別為79% vs 65%和96% vs 89%)，末次隨訪時自體髂骨組髂部疼痛發(fā)生率為60%，認為rhBMP-2混合物適用于單節(jié)段后外側融合術。2003～2007年美國每年使用BMP行椎間融合病例數從23 900例增長到103 194例，融合率高達93%[34]。但臨床醫(yī)師應時刻警惕使用BMP行椎間融合術后并發(fā)癥。Rihn等[31]對于單側經椎間孔腰椎間融合術中使用rhBMP-2和自體髂骨的并發(fā)癥進行研究，認為兩者在并發(fā)癥發(fā)生率上無統(tǒng)計學差異，但rhBMP-2組脊神經根炎發(fā)病率明顯高于自體髂骨組。此外，rhBMP-2較自體骨價格昂貴，現有文獻均未提及其融合率能否平衡其高價，遠期價值仍需評估。

隨著材料學、生物力學及臨床外科固定技術的飛速發(fā)展，腰椎融合材料將會達到更好的組織相容性、骨傳導性、骨誘導性及更少的并發(fā)癥發(fā)生率，融合的臨床效果將會越來越滿意。臨床醫(yī)師需綜合考慮患者各方面因素，個性化定制適合患者的材料。

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(收稿：2015-07-14；修回：2015-11-02)

(本文編輯：李圓圓)

DOI：10.3969/j.issn.1673-7083.2016.01.004

通信作者：滕勇E-mail: orthtengyong@163.com

基金項目：國家自然科學基金(31360229、51165044)、全軍醫(yī)學科研“十二五”面上課題(CWS11J011)